DE102007005135A1

DE102007005135A1 - Elektromechanisches Schaltgerät zum Schutz von elektrischen Leitungen bzw. Verbrauchern und Verwendung einer thermischen Ankopplung in einem elektromechanischen Schaltgerät

Info

Publication number: DE102007005135A1
Application number: DE102007005135A
Authority: DE
Inventors: Werner Decker; Martin Heimler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2007-02-01
Filing date: 2007-02-01
Publication date: 2008-08-07
Also published as: EP2115760A1; WO2008092923A1; KR20090115185A; JP2010516031A; US20100102918A1; CN101601113A

Abstract

ein elektromechanisches Schaltgerät (10) zum Schutz von elektrischen Leitungen bzw. Verbrauchern weist mindestens einen thermischen Auslöser (102) und mindestens eine schaltgeräteinterne Wärmequelle (101, 104, 108, 109) auf. Das elektromechanische Schaltgerät (10) weist für den mindestens einen thermischen Auslöser (102) eine thermische Ankopplung (106, 107, 110) von mindestens einer der schaltgeräteinternen Wärmequellen (101, 104, 108, 109) auf. Es wird auch die Verwendung einer thermischen Ankopplung beansprucht.

Description

Elektromechanisches Schaltgerät zum Schutz von elektrischen Leitungen bzw. Verbrauchern und Verwendung einer thermischen Ankopplung in einem elektromechanischen Schaltgerät Elektromechanische Schaltgeräte werden zum Schutz von elektrischen Leitungen bzw. Verbrauchern eingesetzt. Tritt ein Störfall in Form eines Überlasters auf, werden Leitungen und Verbraucher durch den in den elektrischen Leitungen fließenden Strom stark erwärmt. Um die daraus folgenden Brände sowie Verbraucher- und Leitungsschaden zu vermeiden, ist es in vielen Anwendungen notwendig, elektromechanische Schaltgeräte, die Schutz gegen Überlast bieten, einzusetzen. Für diesen Zweck wird oft ein thermischer Auslöser benutzt, der eine bewährte Möglichkeit bietet, Schutz gegen Überlast zu schaffen.
In elektromechanischen Schaltgeräten mit mindestens einem thermischen Auslöser gibt es eine Auslösekennlinie, die den verursachenden Grenzstrom beschreibt, der die Auslösung verursacht.
Bedingt wegen der Funktionsweise des thermischen Auslösers hat die Umgebungstemperatur einen großen Einfluss auf die Auslösekennlinie. Daher wird auf die Umgebungstemperatur durch einen Ausgleichsstreifen aktiv reagiert. Der Ausgleichsstreifen soll die Temperatur der Umgebung annehmen und das Auslöseverhalten durch Temperaturkompensation beeinflussen. Ziel ist es, dass der Grenzstrom bei unterschiedlichen Umgebungstemperaturen stabil bleibt.
Der Grenzstrom sollte während der Lebensdauer des Schaltgeräts möglichst konstant bzw. stabil bleiben. Störgrößen, wie unterschiedliche Anschlussarten oder die Verschlechterung des Kontaktes, verändern die thermischen Verhältnisse im Schaltgerät. Daher nehmen sie auch auf die Grenzstromstabilität Einfluss.
Bisher werden bei der Entwicklung von elektromechanischen Schaltgeräten die die Grenzstromstabilität der thermischen Auslöser störenden Einflüsse minimiert, indem die Kontakte und Anschlüsse soweit wie möglich von thermischen Auslösern entfernt werden. Wenn die elektromechanischen Schaltgeräte von ihrer physischen Größe her kleiner auszuführen sind, wird es dementsprechend schwieriger, die notwendige Entfernung zu schaffen.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Entwicklung eines kleineren elektromechanischen Schaltgerätes zum Schutz von elektrischen Leitungen oder Verbrauchern zu ermöglichen, das noch eine ausreichende Grenzstromstabilität aufweist.
Diese Aufgabe kann mit einem elektromechanischen Schaltgerät mit mindestens einem thermischen Auslöser und mindestens einer schaltgeräteinternen Wärmequelle auf der im Anspruch 1 gegebenen Weise gelöst werden, nämlich wenn das elektromechanische Schaltgerät für den mindestens einen thermischen Auslöser eine thermische Ankopplung von mindestens einer der schaltgeräteinternen Wärmequellen aufweist. So wird das Wärmeabbild der Störgröße aktiv dem thermischen Auslöser übermittelt, der auf die Störgröße reagieren kann, um das Auslöseverhalten des thermischen Auslösers zu beeinflussen. Dies trägt zur Stabilisierung des Grenzstromverhaltens bei. Außerdem bietet es eine Möglichkeit zur zusätzlichen Kühlung, z. B. des Kontaktbereichs, da Wärme durch die thermische Ankopplung von der Wärmequelle abtransportiert wird. Daher kann die Leistungsdichte erhöht werden.
Die Aufgabe der Erfindung kann auch mit Verwendung einer thermischen Ankopplung in einem elektromechanischen Schaltgerät zum Schutz von elektrischen Leitungen oder Verbrauchern, zur Unterbindung der Störgrößen in dem elektromechanischen Schaltgerät gelöst werden.
Die neben- bzw. untergeordneten Ansprüche beschreiben verschiedene vorteilhafte Ausführungsmöglichkeiten der Erfindung.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die thermische Ankopplung der Störgröße zwischen einem Ausgleichsstreifen des thermischen Auslösers angebracht wird. Dies ermöglicht eine besonders kompakte Bauweise des elektromechanischen Schaltgerätes, da es für dieselbe Phase oder evtl. auch Phasen keine weiteren Ausgleichsstreifen benötigt werden. Wenn der Ausgleichsstreifen ausgebildet ist, die Temperatur der Umgebung des elektromechanischen Schaltgerätes anzunehmen und das Auslöseverhalten – verursacht durch eine bzw. mehreren Störgrößen – von mindestens einem der thermischen Auslöser zu beeinflussen, kann mit dem selben Ausgleichsstreifen gleichzeitig auch die Wirkung der Umgebungstemperatur und der Störgröße bzw. Störgrößen sofort kompensiert werden.
Wenn das elektromechanische Schaltgerät ein mehrphasiges Schaltgerät für Drehstromanwendungen ist, und die thermische Ankopplung schaltgeräteinterne Wärmequellen von mindestens zwei der drei Phasen thermisch verbindet, kann eventuell ein Schaltgerät mit nur einem thermischen Ausgleichsstreifen konstruiert werden. Bei Verwendung eines Ausgleichsstreifens für z. B. die Störgröße Kontakt können alle drei Phasen thermisch verbunden werden. Somit kommt es zum thermischen Ausgleich der Störgröße zwischen den drei Phasen, was eine vereinfachte Konstruktion ermöglichen kann. Dieser Ausgleichsstreifen dient dann zur Kompensation sowohl der Umgebungstemperatur als auch der Störgröße Widerstandserhöhung der Kontakte aller drei Phasen.
Die thermische Ankopplung kann günstig aus mindestens einem wärmeleitenden Polymer, Kopolymer, Keramik und/oder einem elektrisch isolierenden gut wärmeleitenden Material bestehen.
Die Erfindung wird im Folgenden näher mit Bezug auf die in der Figur dargestellte Zeichnung beschrieben.
Eine Phase eines elektromechanischen Schaltgerätes 10 wird zu zwei elektrischen Leitern 11, z. B. Kabeln, angeschlossen. Für Drehstromanwendungen werden grundsätzlich zwei oder drei Phasen benötigt. Dazu hat das Schaltgerät 10 zwei oder mehr Anschlüsse 104, die in der Figur als Schraubenklemmen ausgebildet sind.
Die Anschlüsse 104 sind jeweils zu festen Schaltstücken 108 verbunden. Durch das Bewegen eines oder mehrerer beweglichen Schaltstücke 109 wird die Phase geschaltet. Wenn das bewegliche Schaltstück 109 bewegt wird, bewegen sich die Kontakte 101 des beweglichen Schaltstücks 109 zu oder weg von den Kontakten 101 der festen Schaltstücke 104, 108.
Wenn die Kontakte 101 des beweglichen Schaltstücks 109 gegen die Kontakten 101 der festen Schaltstücke 108 ruhen, sind die Anschlüsse 104 beidseitig verbunden, somit hat das elektromechanische Schaltgerät 10 die Phase verbunden.
Wenn die Kontakte 101 des beweglichen Schaltstücks 109 von den Kontakten 101 der festen Schaltstücke 108 entfernt sind, hat das elektromechanische Schaltgerät 10 die Phase getrennt.
Eine Störgröße weist eine zusätzliche Wärmequelle auf. Im Folgenden wird der Begriff Wärmequelle für eine aus einer oder mehreren Störgrößen resultierenden Wärmequelle benutzt.
Als mögliche weitere Wärmequelle kann ein Kabel 11 in den Anschluss 104 mit einem zu geringen Anzugsdrehmoment befestigt sein. Weiterhin ist es möglich, dass Schmutz, Fett oder Korrosion am Ende des Kabels 11 ist, so dass es keinen gut leitenden Kontakt zwischen dem Kabel 11 und dem festen Schaltstück 108 gibt. Dies kann dazu führen, dass es zu einer zusätzlichen erhöhten Verlustleistung im Anschlussbereich kommt, als dies zum Beispiel bei Neuzustand und fachgerechtem Anschluss der Fall ist.
Auch können die Kontakte 101 durch Kontaktverschleiß oder Verschmutzung ihre Funktionsweise so ändern, dass es zur Verlusterwärmung kommt, also zu einer deutlich erhöhten Verlustleistung im Kontaktbereich als im Neuzustand. Daher können die Anschlüsse 104 als geräteinterne Wärmequellen funktionieren.
Durch eine bzw. mehrere thermische Ankopplungen 106, 107, 110 kann die Temperatur des beweglichen Schaltstücks 109, des festen Schaltstücks 108 oder des Anschlusses 104 durch Wärmeübertragung zum Ausgleichstreifen 105 transportiert werden. Auf diese Art kann der Ausgleichsstreifen 105, der das Wärmeabbild der Störgröße Kontakt oder Anschluss nachbildet, aktiv auf die Störgröße reagieren, um das Auslöseverhalten des thermischen Auslösers 102 zu beeinflussen. Dazu kann im thermischen Auslöser 102 die thermische Ankopplung als so genannte Ausgleichstreifen in Bimetallform ausgeführt werden. Die Ausgleichsstreifen sollen dann auf die jeweilige Störquelle reagieren.
Durch die erfindungsgemäßen Merkmale kann aktiv Einfluss auf Störgrößen durch thermische Kopplung der Störgrößen an Ausgleichsstreifen 10 genommen werden.
Das elektromechanische Schaltgerät 10 kann ein Leistungsschalter, ein Limiter oder ein Kompaktabzweig sein. Es ist aber auch möglich, dass das elektromechanische Schaltgerät 10 ein Gerät ist, das nur einen Leistungsschalter oder einen Limiter oder einen Kompaktabzweig umfasst.
Ein zusätzlicher Kundennutzen liegt darin, dass der Auslösepunkt bzw. Grenzstrom des Schaltgerätes 10 nach z. B. Kurzschluss oder anderen Einflüssen auf den Übergangswiderstand des Kontaktes 101 oder Anschlusses 104 nicht nachjustiert werden muss. Auch kann eine Nachjustierung des Auslösepunktes vermieden werden.

Claims

Elektromechanisches Schaltgerät (10) zum Schutz von elektrischen Leitungen bzw. Verbrauchern, mit i) mindestens einem thermischen Auslöser (102) und ii) mindestens einer schaltgeräteinternen Wärmequelle (101, 104, 108, 109), dadurch gekennzeichnet, dass das elektromechanische Schaltgerät (10) für den mindestens einen thermischen Auslöser (102) eine thermische Ankopplung (106, 107, 110) von mindestens einer der schaltgeräteinternen Wärmequellen (101, 104, 108, 109) aufweist.
Elektromechanisches Schaltgerät (10) nach Anspruch 1, wobei die thermische Ankopplung (106, 107, 110) zwischen einem Ausgleichsstreifen (105) des thermischen Auslösers (102) angebracht ist.
Elektromechanisches Schaltgerät (10) nach Anspruch 2, wobei der Ausgleichsstreifen (105) ausgebildet ist, die Temperatur der Umgebung des elektromechanischen Schaltgerätes (10) anzunehmen und das Auslöseverhalten von mindestens einem der thermischen Auslöser (102) zu beeinflussen.
Elektromechanisches Schaltgerät (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die thermische Ankopplung (106, 107, 110) mindestens zwei der schaltgeräteinternen Wärmequellen (106, 107, 110) thermisch verbindet.
Elektromechanisches Schaltgerät (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das elektromechanische Schaltgerät (10) ein mehrphasiges Schaltgerät für Drehstromanwendungen ist, und die thermische Ankopplung (106, 107, 110) schaltgeräteinterne Wärmequellen (101, 104, 108, 109) von mindestens zwei der Phasen thermisch verbindet.
Elektromechanisches Schaltgerät (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die thermische Ankopplung (106, 107, 110) aus mindestens einem wärmeleitenden Polymer, Kopolymer, Keramik Metall und/oder einem elektrisch isolierenden gut wärmeleitenden Material besteht.
Elektromechanisches Schaltgerät (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine schaltgeräteinterne Wärmequelle (101, 104, 108, 109) mindestens einen Anschluss (104) für mindestens einen elektrischen Leiter (11), mindestens ein festes Schaltstück (108), mindestens ein bewegliches Schaltstück (109) und/oder mindestens einen Kontakt (101) umfasst.
Elektromechanisches Schaltgerät (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das elektromechanische Schaltgerät (10) ein Leistungsschalter, ein Limiter oder ein Kompaktabzweig ist oder umfasst.
Verwendung einer thermischen Ankopplung (106, 107, 110) in einem elektromechanischen Schaltgerät (10) zum Schutz von elektrischen Leitungen oder Verbrauchern, zur Unterbindung der Störgrößen in dem elektromechanischen Schaltgerät (10), wobei die thermische Ankopplung (106, 107, 110) von mindestens einer schaltgeräteinternen Wärmequelle (101, 104, 108, 109) zu einem thermischen Auslöser (102), insbesondere zu einem Ausgleichsstreifen (105), der ausgebildet ist, die Temperatur der Umgebung des elektromechanischen Schaltgerätes (10) anzunehmen und das Auslöseverhalten des thermischen Auslösers (102) zu beeinflussen, angeordnet ist.